Устройство для измерения линейной плотности диэлектрического материала Советский патент 1993 года по МПК G01N33/36 

&

Сущность изобретения: устройство содержит генератор переменного напряжения, измерительный блок 2, фазовый детектор 4, фазовращатель 5, формирователь корректирующего сигнала 7, блок коррекции 6. 2 ил. 1-2-4-7-6, 1-5-4, 2-6. 1 з. п. ф-лы 3 ил.

/

ffltttf

СО

о

ч|

о

Ч)

Изобретение может быть использовано в различных областях промышленности, например в текстильной и целлюлозно-бумажной для измерения линейной плотности движущихся волокнистых продуктов, в процессе прядения, линейной и поверхностной плотности движущегося текстильного и бумажного полотна, в химической для измерения линейной плотности движущегося порошкового продукта в автоматических технологических процессах, в строительной

- для аналогичных измерений параметров сыпучих продуктов, опилок, древесной стружки.

Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение конструкции устройства.

Как известно, сигнал разбаланса емкостного моста, обусловленный введением исследуемого материала в измерительный конденсатор моста, зависит от плотности материала и его влажности-. Авторами заявки установлено, что угол фазового сдвига этого сигнала относительно фазы входного сигнала моста зависит только от влажности материала. Измеряя этот угол и осуществляя соответствующую коррекцию амплитуды сигнала разбаланса моста, получают сигнал, содержащий информацию только о плотности материала. Поэтому введение в устройство емкостного моста, фазового детектора и фазовращателя, необходимых для осуществления указанных операций, позволяет повысить точность измерений плотности материала за счет практически полного исключения влияния влажности материала на результаты измерений..

На фиг, 1 и 2 показана функциональная блок-схема устройства в двух вариантах; на фиг. 3 калибровочная переходная характеристика формирователя корректирующего сигнала.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 переменного напряжения, емкостный мост 2 с измерительным конденсатором 3,.фазовый детектор 4, фазовращатель 5, блок коррекции 6 и формирователь 7 корректирующего сигна- ла.-Вход емкостного моста 2 соединен с выходом генератора 1, а выход - с сигнальными входами фазового детектора А и блока коррекции 6. Вход фазовращателя 5 соединен с выходом генератора 1, а выход - с упрааляю- щим входом фазового детектора 4. Вход формирователя 7 корректирующего сигнала соединен с выходом фазового детектора 4, а выход- с корректирующим входом блока коррекции 6, выход которого является выходом устройства.

Емкостный мост может быть выполнен,

например, аналогично 1. Блок коррекции 6

может быть выполнен в виде умножителя или дифференциального усилителя с амплитудным детектором на его сигнальном входе. Формирователь 7 корректирующего

сигнала может быть выполнен в виде диод- но-резистивного моста с заданным коэффициентом передачи °или в виде- масштабного усилителя постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 1 (фиг, 1)-на входы емкостного моста 2 и фазовращателя 5 подается синусоидальное напряжение UBxMa UoSln СУ t с частотой oi v В отсутствии

5 материала, в измерительном конденсаторе 3 производится балансировка моста-2 так, чтобы его выходной сигнал был равен нулю. Затем устанавливается нужная фаза управляющего сигнала не выходе фазовращателя

0 5. Для этого вводится резкий разбаланс моста 2 путем увеличения емкости С измерительного конденсатора 3 и регулировкой фазовращателя 5 устанавливается выходное напряжение фазового детектора 4 рав5 ным нулю. При этом фазы сигналов на входах фазового детектора 4 совпадают. Затем восстанавливают первоначальное зна- че нме емкости С измерительного конденсатора 3,

0 Проврдимость пустого измерительного конденсатора 3 п рактически чисто реактивна и равна . При наличии материала в конденсаторе его проводимость возрастает на величину д Х 5 X р , -нЗ Ха. Здесь

5 )Co(e -1.), - приращения соответственно реактивной и активной составляющих проводимости измерительного конденсатора, обусловленные введением s него материала, где Ј и Е действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости материала е Ј - i Ј , ц - коэффициент заполнения измерительного конденсатора материалом, равный отношению массы измеряе5

мого материала к его массе в объеме

0

5

конденсатора ц 1). 6 Хр .обусловлено приращением емкости измерительного конденсатора на величину С0- у(е -1),аЗХа эквивалентно шунтированию измерительного конденсатора активным сопротивлением ,1Лу Со /Ј. .

Возрастание проводимости измерительного конденсатора сопровождается разбалан- сировкой моста. При этом его выходной сигнал становится равным UBwxM UoP ((Ј - 1 ) SinctJ t - 1 е SinoJ t, что эквивалентно .UBb.() . Здесь

,)2+(e) , р-угол сдвига фазы сигнала разбаланса моста 2

(U

вых

. ФА ,

) определяют по формуле

относительно фазы его входного сигнала UBXM, P - постоянный коэффициент, определяемый параметрами емкостного моста 2. Амплитуда Uo сигнала Увых пропорциональна параметру у . Этот параметр про- порционален сухой массе т, находящегося в измерительном конденсаторе материала и не зависит от его влажности. Амплитуда U0; зависит также от влажности материала, так как от нее сильно зависит величина пара-

метра е, В блоке коррекции 6 осуществляется преобразование сигнала UBHXM таким образом, чтобы его амплитуда зависела лишь от массы сухого материала т0 и не зависела от его влажности. Это достигается с помощью корректирующего выходного сигнала постоянного тока UKop, блока 7, формируемого путем соответствующего преобразования выходного сигнала постоянного тока Цвых д фазового детектора 4, Сигнал 11еыхф пропорционален углу р фазового сдвига сигнала иеыхм разбаланса мо- ста 2. Этот угол равен arctgf е /(е - 1 ) . Он не зависит от параметра т/.-т, е. от сухой массы т« материала, но сильно зависит от его влажности, причем эта зависимость нелинейна Формирование сигнала UKOP в блоке 7 и нужное преобразование сигнала ивыхм в блоке 6 может быть осуществлено следующим образом.

Передаточная характеристика К формирователя 7 корректирующего сигнала должна иметь вид К икоР/ивь. Ј ивыхфд, где С - постоянный коэффициент (фиг. 3). В явном виде ее получают экспериментально путем одновременных измерений амплитуды Ц сигнала разбаланса моста 2 и выходного напряжения КвыхФ фазового детектора 4 при варьировании влажности W эталонного образца материала с фиксированной сухой массой Шов- При этом требуемый вид передаточной характеристики К

ивыхфд с использованием измеренных зна- чений Uo и 1) где f - постоянный коэффициент, В блоке 7 эту характеристику реализуют с помощью схемотехники диод- но-резистивных цепочек, При такой передаточной характеристике выходной сигнал икор блока 7 равен икор (WH/Uo (WH/UoP tfoo e (W), где параметр rj00 соответствует массе материала гл90. В блоке 6 коррекции происходит перемножение сигналов иВыхм и икор. В результате перемножения выход- ной сигнал блока 6 равен иВых-( ( ) f sln(ot- у) , Амплитуда этого сигнала зависит (через параметр ц) лишь от сухой массы rtff измеряемого материала и не зависит от его влажности. Измеряя амплитуду

0

5 О

ч -

5 0.

5 0

сигнала на выходе блока бгопределяют массу материала, помещенного в измерительный конденсатор 3. При движении материала через измерительный конденсатор 3 это эквивалентно измерению линейной плотности материала за вычетом его влагосодержаИия,

При использовании в качестве блока коррекции 6 дифференциального усилителя с амплитудным детектором на его сигнальном входе, а в качестве формирователя 7 корректирующего сигнала - масштабного усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления Ко сигнал на входе блока б будет оавен иеыхБК ивЫхАД-К0иВыхФД, где Мвых - сигнал на выходе указанного амплитудного детектора.

При сильном измерении линейной плотности и влажности материала амплитуда сигнала ивыхм разбаланса моста может меняться более чем на, порядок. В результате ухудшается работа фазового детектора 4 и понижается точность измерений линейной плотности материала. Для устранения этого нежелательного эффекта в yctponcrBO вводят регулируемый усилитель 8 и блок автоматической регулировки усиления (АРУ) фиг. 2), при этом сигнальный вход усилителя 8 соединен с выходом моста 2, а его выход - с сигнальным входом фазового детектора 4 и входом блока АРУ 9, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 8. При изменении линейной плотности и (или) влажности материала блок АРУ 9 регулирует коэффициент усиления усилителя 8 таким образом, что его выходное напряжение остается практически постоянным.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает измерение линейной плотности материала, на результат которого практически не влияет его влажность. При этом повышается точность.измерений, снижаются требования к влажностным услови: ям хранения и переработки материала. Кроме того, предлагаемое устройство значительно проще прототипа, так как в нем используется лишь один измерительный канал.

Формула изобретения ; 1. Устройство для измерения линейной плотности диэлектрического материала, со- - держащее генератор переменного напряжения, выход которого связан с входом измерительного блока, формирователь корректирующего сигнала, выходом связанный с корректирующим входом блока коррекции, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено фазовым детектором и фазовращателем, а измерительный блок выполнен в виде емкостного моста, при этом сигнальный вход фазового детектора связан с выходом измерительного блока, управляющий вход - с выходом генератора переменного напряжения, а выход - с входом формирователя корректирующего сигнала,.выход измерительного блока соединен с сигнальным входом блока коррекции, а фазовращатель включен в одну из цепей, связывающую геФиг- 3

Редактор

Составитель А.Францессон

Техред М.МоргенталКорректор, Т .Вашкович

нератор переменного напряжения с управляющим входом фазового детектора или с входом измерительного блока.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения,- в него введен установленный между измерительным блоком и фазовым детектором управляемый усилитель с блоком автоматической регулировки усиления в цепи обратной связи.